半导体物理与器件 .pptx

■ 什么是半导体 按固体的导电能力区分，可以区分为导体、半导体和绝缘体 表1.1 导体、半导体和绝缘体的电阻率范围 材料 导体 半导体 绝缘体 电阻率p(Ωcm) 10-3 10-3～109 109 绪论 1 绪论 半导体具有一些重要特性，主要包括： ■ 温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降 如室温附近的纯硅(Si), 温度每增加8℃,电阻率相应地降 低50%左右 ■ 微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力 以纯硅中每100万个硅原子掺进一个V 族杂质(比如磷)为 例，这时硅的纯度仍高达99.9999%,但电阻率在室温下却 由大约214,000Ωcm降至0.2Ωcm以下 ■ 适当波长的光照可以改变半导体的导电能力 如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的电 阻为几十MΩ, 当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ ■ 此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变 2 1.1半导体材料 ■ 元素半导体 (Si、 Ge) ■化合物半导体(双元素，三元素等) 表1.1 部分元素周期表 Si 元 导体 Ⅲ IV V Ce 锗 硅 素半 AlP AlAB GaP GaAg InP 磷化铝 砷化铝 磷化镓 砷化镓 磷化钢 B Al Ge ln C Si Ce P Ag Sb 化合物半导体 3 1.2固体类型 半导体的晶体结构 一 、晶体的基本知识 长期以来将固体分为：晶体和非晶体。 晶体的基本特点： 具有一定的外形和固定的熔点，组成晶体 的原子(或离子)在较大的范围内 ( 至 少 是微米量级)是按一定的方式有规则的排 列而成一—长程有序。 ( 如Si,Ge,GaAs) 4 1.2固体类型 半导体的晶体结构 晶体又可分为：单晶和多晶。 单晶： 指整个晶体主要由原子(或离子)的一 种规则排列方式所贯穿。常用的半导体材 料锗(Ge) 、硅 (Si) 、 砷化镓 (GaAs)都是单 晶。 多晶： 是由大量的微小单晶体(晶粒)随机 堆积成的整块材料，如各种金属材料和电 子陶瓷材料。 (晶界分离) 5 1.2固体类型 半导体的晶体结构 非晶(体)的基本特点： 无规则的外形和固定的熔点， 内 部 结构也不存在长程有序，但在若干原子 间距内的较小范围内存在结构上的有序 排列——短程有序 (如非晶硅： a-Si) 6 1.2固体类型 半导体的晶体结构 ■ 非晶体(无定型) ■ 多晶 (a) (b) (c) 图1 . 1 三种类型的示意图：(a) 无定型；(b) 多晶；(c) 单晶 ■ 单晶 7 1.3空间晶格 晶体是由原子周 期性重复排列构成 的，整个晶体就像 网格，称为晶格， 组成晶体的原子(或 离子)的重心位置称 为格点，格点的总 体称为点阵。 8 1.3空间晶格 1.3.1晶胞和原胞 1、 晶胞 可以复制成整个晶体的一小部分 (基本单元，可以不同) 图1.3 显示各种不同晶胞的单晶晶格二维表示 9 广义三维晶胞的表示方法： 晶胞和晶格的关系 — r=pa+qb+sc ■ 2、 原胞 可 以形成晶体的最小的晶胞 1.3空间晶格 晶胞和原胞 10 1.3空间晶格 1.3.2基本晶体结构 (a)简立方； ■ 原子体密度 体心立方bcc 面心立方fcc ■ 简立方sc (b) 体心立方； (c) 面心立方 11 (2)平面截距的倒数：1/3, 1/2,1 (3)倒数乘以最小公分母： 2,3,6 平面用(236)标记，这些整 数称为密勒指数。 晶面可用密勒指数(截距的 倒数)来表示： (hk1) 12 1.3空间晶格 1.3.3晶面与密勒指数 ■1、晶面表示方法：(1)平面截距：3,2,1 图1.6 一个典型的晶格平面 1.3空间晶格 ■简立方晶体的三种晶面 (a) (b) (c) (100) (110) (111) 晶面与密勒指数 13 1.